요즈음 건설되는 대부분의 빌딩들은 고성능의 단열 유리 제품들을 기반으로 건물 전체를 유리로 마감하여 도시 미관을 아름답게 장식함으로서 특색있고 품격있는 도시로 거듭나고 있다.
이러한 건축물을 건설 할 수 있는 가장 주요한 요인은 무엇보다도 단열 특성이 우수한 제품들이 다양하게 개발 되었기 때문일 것이다.
건축물에 창호를 설치할 때 좋은 유리를 선정하는 기준으로 여름철 냉방과 겨울철 난방에 모두 좋은 특성을 갖는 유리를 어떻게 선정할까 하는데 있다.
시중에 판매되고 있는 제품에는 저방사유리 제품 뿐 아니라 단열이라는 이름을 달고 판매되는 다양한 종류의 필름 등 소비자가 선택할 수 있는 폭은 넓어 졌으나, 관련 분야 전문 종사자가 아니면 이들 성능을 판단할 수 있는 자료나 문헌을 찾아 보기 어려워 성능을 판단하기 어렵고 이 밖에도 액상의 물질을 바르기만 해도 단열성능이 좋아진다고 주장하는 제품들 까지 다양하다.
그렇다면 이들 제품에 대한 성능은 어떻게 평가하고 선택해야 할까?
이 질문에 대한 답으로 제품의 광학 특성 값을 기준으로 설명하는 것이 이해하기 쉬울 것이다.
위 표는 6CL+12A+6GN 복층유리의 광학특성을 계산한 것이다.
표에서 언급된 특성은 여름낮을 기준으로 계산되는 태양 에너지와 관련된 특성과
겨울밤을 기준으로 계산되는 난방에너지 기준 단열특성으로 나누어 생각할 수 있다.
1] 태양에너지 관련 특성값
a) 가시광선 투과 / 반사율 (D65/10) [%]
b) 태양방사 투과 / 반사율 (AM=1.5) [%]
c) 태양열 취득율 (AM=1.5) g-Value [%] 또는 SHGC [ - ]
d) 차폐계수 (AM=1.5) [ - ]
e) 취득총열량 (AM=1.5) [W/m^2]
f) 열관류율 (여름) [W/m^2 K]
g) Selectivity [ - ]
2] 난방에너지 관련 특성값
a) 열관류율 (겨울) [W/m^2 K]
b) 열관류 저항(겨울) [m^2 K / W]
물체에서 방출되는 빛 에너지는 그 물체의 온도 분포에 따라 방출하는 에너지의 파장 분포 또한 달라지게 된다.
예를 들어 태양표면 처럼 약 6 500 K의 높은 온도에서는 비교적 짧은 파장인 3 000 nm 이하의 에너지가 방출되지만 난방 또는 냉방 에너지와 같이 상온의 건물에서 방출되는 에너지는 중심파장이 약 10 000 nm인 원 적외선 영역의 빛을 방출하게 된다.
건축용 유리로 사용되고 있는 소다석회유리는 약 300 nm 에서 5 000 nm 영역의 빛은 투과하지만 300nm 이하의 빛과 5 000 nm 이상의 빛은 투과시키지 못하는 특성이 있다.
단열 특성을 강화한 저방사 유리의 경우 유리 표면에 수 십 nm 단위의 은(silver) 층을 포함하는 여러 겹의 금속 박막을 입혀 5 000 nm 이상의 빛은 유리에 흡수되지 못하고 반사할 수 있도록 만든 제품을 말하는데 은(silver)층의 두께가 두꺼울 수록 더 좋은 단열 특성을 갖는다고 할 수 있다.
그러나 한번에 은(Silver) 층을 너무 두껍게 입히면 가시광선 영역까지 반사하는 거울(Mirror)이 만들어 지게 되므로 얇은 막을 여러겹 입혀 5 000 nm 이상의 장파장 빛은 반사시키고, 짧은 파장 영역의 가시광선은 투과시키는 기능을 갖춘 제품을 저방사유리라 한다.
낮은 온도에서 방출되는 장파장의 에너지인 단열 성능을 측정 할 수 있는 항목으로 5 500 nm ~ 50 000 nm 영역의 반사율을 측정하여 표시하는 방사율(Emissivity) 항목이 있으며 일반적으로 방사율이라고 하면 수정방사율(Corrected Emissivity)를 의미한다.
방사율 값이 낮을 수록 단열성능이 좋아지며 높아 질수록 유리가 흡수하여는 열량도 함께 증가함을 의미한다.
낮은 온도에서 방출하는 장파장의 에너지는 유리를 투과하지 못하기 때문에
방사율이 낮은 저방사 유리는 추운 겨울밤 장파장의 난방 에너지가 유리에 흡수하지 못하고 실내로 반사되어 난방 효율이 좋아지게 되는 것이며
그와는 반대로 방사율값이 높은 일반 유리는 난방 에너지가 유리에 흡수되어 겨울밤 찬공기와 접촉하고 있는 실외 쪽으로 재 방사하게 되므로 난방열이 바깥으로 빠져나가는 특성을 지니게 되는 것이다.
방사율(Emissivity) 항목을 포함하는 수식으로 계산된 광학특성은 아래 항목들이 있으며 다음과 같은 특성을 같는다.
1) 태양열 취득율 (AM=1.5) [%], [ - ] : 태양열의 복사에너지와 유리창에 흡수된 에너지 중 실내로 재방사하는 에너지를 합한 값을 백분율로 표시한 값으로 태양열취득율이 높을수록 실내로 많이 유입된다.
2) 차폐계수 (AM=1.5) [ - ] : 3mm 맑은유리의 태양열 취득율에 대한 상대적 비율로서 차폐계수가 높을수록 태양열이 실내로 많이 유입된다.
3) 취득총열량 (AM=1.5) [W/m^2] : 태양으로부터 유입되는 태양열 취득율과 실내 외 온도차에 의하여 유입되는 열량을 단위 면적당 W로 나타낸 값으로 취득총열량이 높을수록 실내로 많이 유입된다.
4) 열관류율 (여름) [W/m^2 K] : 낮을수록 냉방 효율이 좋아진다.
5) 열관류율 (겨울) [W/m^2 K] : 겨울밤 실내 난방에너지가 실외로 방출되는 열량을 단위 면적당 단위 온도당 W로 표시한 값으로 열관류율이 낮을수록 난방 효율이 좋아진다.
6) Selectivity [ - ] : 태양열취득율에 대한 가시광선투과율의 비율로서 높을수록 실내를 밝게 유지하면서 태양열은 실내로 적게 유입되어 냉방부하를 효과적으로 절감할 수 있다..
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